PODSTAWY INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego



Podobne dokumenty
MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

MATERIAŁOZNAWSTWO. dr hab. inż. Joanna Hucińska Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 128 (budynek Żelbetu )

MATERIAŁOZNAWSTWO. Prof. dr hab. inż. Andrzej Zieliński Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 204

Nauka o Materiałach dr hab. inż. Mirosław Bućko, prof. AGH B-8, p. 1.13, tel

Struktura materiałów. Zakres tematyczny. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD / dr inż. Maciej Motyka.

Logistyka I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Nauka o Materiałach Wykład I Nauka o materiałach wprowadzenie Jerzy Lis

Opis przedmiotu: Materiałoznawstwo

Transportu Politechniki Warszawskiej, Zakład Podstaw Budowy Urządzeń Transportowych B. Ogólna charakterystyka przedmiotu

Sylabus przedmiotu: Data wydruku: Dla rocznika: 2015/2016. Kierunek: Opis przedmiotu. Dane podstawowe. Efekty i cele. Opis.

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 1W, 1Ćw PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Materiałoznawstwo. Wzornictwo Przemysłowe I stopień ogólnoakademicki stacjonarne wszystkie Katedra Technik Komputerowych i Uzbrojenia

forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 1Ć 1W e, 3L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Nowoczesne materiały konstrukcyjne : wybrane zagadnienia / Wojciech Kucharczyk, Andrzej Mazurkiewicz, Wojciech śurowski. wyd. 3. Radom, cop.

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

Metaloznawstwo II Metal Science II

PODSTAWY DOBORU MATERIAŁÓW INŻYNIERSKICH konspekt

Kierunek: Inżynieria Materiałowa Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. audytoryjne. Wykład Ćwiczenia

S Y L A B U S P R Z E D M I O T U

AKTUALNE OPŁATY ZA WARUNKI Tylko dla studentów I roku 2018/2019 OPŁATY ZA WARUNKI Z POSZCZEGÓLNYCH PRZEDMIOTÓW

dr inż. Cezary SENDEROWSKI

nr projektu w Politechnice Śląskiej 11/030/FSD18/0222 KARTA PRZEDMIOTU

Politechnika Rzeszowska - Materiały inżynierskie - I DUT / dr inż. Maciej Motyka

Rok akademicki: 2016/2017 Kod: RBM ET-s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Poziom przedmiotu: I stopnia studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W E, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2015/2016

Z-LOGN1-021 Materials Science Materiałoznastwo

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

AKADEMIA MORSKA w GDYNI

Nauka o materiałach II - opis przedmiotu

Logistyka I stopień Ogólnoakademicki Stacjonarne Wszystkie Katedra Matematyki i Fizyki dr Medard Makrenek

Kierunek: Inżynieria Materiałowa Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. audytoryjne. Wykład Ćwiczenia

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

NAUKA O MATERIAŁACH. Dlaczego warto studiować ten przedmiot? Organizacja zajęć. Temat 1. Rola i zadania inżynierii materiałowej

MATERIAŁY SUPERTWARDE

PLAN STUDIÓW Wydział Chemiczny, Wydział Mechaniczny, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Inżynieria materiałowa. efekty kształcenia

Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Inżynieria Materiałowa

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 7

UNIWERSYTET MARII CURIE-SKŁODOWSKIEJ W LUBLINIE

Kierunek: Inżynieria Materiałowa Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 9

Charakterystyka składników - ŻELAZO Duże rozpowszechnienie w przyrodzie ok. 5% w skorupie ziemskiej. Rudy żelaza:

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Ogólna charakterystyka materiałów inżynierskich

Z-ZIPN Materiałoznawstwo I Materials Science

WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I METALURGII

Nowoczesne Materiały i Technologie Modern Materials and Technologies. forma studiów: studia niestacjonarne. Liczba godzin/zjazd 2W, 1L

Termodynamiczne warunki krystalizacji

Stopy metali nieżelaznych

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 097

6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA

Rok akademicki: 2030/2031 Kod: DIS s Punkty ECTS: 2. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Inżynieria Bezpieczeństwa I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogóln akademicki / praktyczny)

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 2

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Sylabus modułu kształcenia/przedmiotu

Kierunek: Inżynieria Materiałowa Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

NOWOCZESNE MATERIAŁY I TECHNOLOGIE Modern Materials and Technologies. forma studiów: studia stacjonarne. Liczba godzin/tydzień: 2W, lab.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

KARTA PRZEDMIOTU. 1. NAZWA PRZEDMIOTU: Inżynieria materiałowa. 2. KIERUNEK: Mechanika i budowa maszyn. 3. POZIOM STUDIÓW: I stopnia

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.1

Drewno. Zalety: Wady:

MATERIAŁY POLIMEROWE Polymer Materials. forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 1L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Materiałoznawstwo Materials science. Forma studiów: studia stacjonarne. Poziom kwalifikacji: I stopnia. Liczba godzin/tydzień: 2W E, 2L

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: CIM s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

POLITECHNIKA RZESZOWSKA PLAN STUDIÓW

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Poziom przedmiotu: I stopnia studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W E, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 1W, 1S, 1ĆW PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Uruchomienie nowego programu kształcenia dualnego na studiach II stopnia na kierunku Inżynieria Materiałowa (DUOInMat) POWR

Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 1 Wydział

Kierunek studiów: Mechanika i Budowa Maszyn semestr II, 2016/2017 Przedmiot: Podstawy Nauki o Materiałach II

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA 2016/ /20 (skrajne daty)

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

ĆWICZENIE Nr 2/N. 9. Stopy aluminium z litem: budowa strukturalna, właściwości, zastosowania.

Kierunek: Inżynieria Materiałowa Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

PROGRAM STUDIÓW A. GRUPA ZAJĘĆ Z ZAKRESU NAUK PODSTAWOWYCH I OGÓLNOUCZELNIANYCH LICZBA GODZIN (P/K/PW)** PUNKTY ECTS EFEKTY KSZTAŁCENIA

Nazwa przedmiotu INSTRUMENTARIUM BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Instrumentation of research in material engineering

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 15

ĆWICZENIE Nr 6. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował dr inż.

forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W 2W e, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Ich właściwości zmieniające się w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego (rys) i technologii wytwarzania wyrobu.

PODSTAWY SKRAWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

Nauka o Materiałach. Wykład XI. Właściwości cieplne. Jerzy Lis

Materiały budowlane i instalacyjne Kod przedmiotu

Stopy żelaza Iron alloys

Metale i ich stopy. Podręcznik akademicki do nauki metaloznawstwa i inżynierii materiałowej. Prof. Leszek A. Dobrzański

Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

Stopy żelaza. Mechanika i Budowa Maszyn I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Transkrypt:

PODSTAWY INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

WPROWADZENIE 1. GENEZA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ 2. KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW 3. PROGNOZY ROZWOJU MATERIAŁÓW 2

Inżynieria materiałowa dziedzina nauki stosowanej, obejmująca badania składu chemicznego, struktury i właściwości materiałów metalowych i niemetalowych oraz badania wpływu składu chemicznego i struktury na właściwości materiałów w celu opracowania nowych tworzyw lub udoskonalania istniejących tworzyw, przewidywania wpływu ich syntezy i przetwarzania na właściwości, przewidywania zachowania się materiałów w czasie pracy i rozwiązywania zaistniałych problemów materiałowych. struktura = budowa właściwości = własności materiały metalowe (czyste metale i ich stopy) = metale materiały niemetalowe = niemetale 3

LITERATURA 1.Ashby M., Jones D.: Materiały inżynierskie. Tom I właściwości i zastosowanie. WNT, Warszawa 1995 2.Ashby M., Jones D.: Materiały inżynierskie. Tom II Kształtowanie struktury i właściwości, dobór materiałów. WNT, Warszawa 1996 3.Blicharski M.: Wstęp do inżynierii materiałowej. WNT, Warszawa 2004 4.Blicharski M.: Inżynieria materiałowa. Stal. WNT, W-wa 2004. 5.Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, Gliwice - Warszawa 2002 6.Dobrzański L.A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WNT Warszawa 1996 7. Dobrzański L.A.: Metalowe materiały inżynierskie. WNT Warszawa 2004. 8. Grabski W., Kozubowski J.: Istota inżynierii materiałowej geneza, istota, perspektywy. Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003 9. Praca zbiorowa pod red. M. Głowackiej: Metaloznawstwo. Wyd. Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1996 10. Prowans. S.: Metaloznawstwo. PWN, W-wa 1988. 11.Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa 2003 4

1. GENEZA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Przełom XVIII/XIX wieku: odkryto, że stal jest stopem* żelaza z węglem, na podstawie eksperymentu polegającego na stopieniu tygla wykonanego z żelaza z włożonym do niego diamentem. Analiza chemiczna stała się główną metodą charakteryzowania metali. Rozpatrywano związki między składem chemicznym i technologią wykonania materiałów metalowych z podstawowymi cechami użytkowymi, takimi jak: twardość, kruchość, plastyczność. Połowa XIX wieku: powstanie nowej dyscypliny metalografii, zajmującej się badaniem i opisywaniem mikrostruktury metali, do czego doprowadził wynalazek mikroskopu świetlnego, umożliwiającego badanie w świetle odbitym nieprzezroczystych materiałów (H.C. Sorby). Przeprowadzono pierwsze badania mikrostruktury stali. *Stop tworzywo składające się z metalu stanowiącego osnowę, do którego wprowadzono co najmniej jeden pierwiastek (metal lub niemetal) w celu zmiany jego właściwości w żądanym kierunku. 5

Połowa XIX wieku: opracowanie metod charakteryzowania właściwości mechanicznych materiałów oraz procedur badań. Wykrycie efektów związanych z odkształceniem sprężystym i plastycznym metali. Pierwsze badania nad wpływem składu chemicznego materiałów i ich obróbki cieplnej na mikrostrukturę oraz związku mikrostruktury z właściwościami użytkowymi. Początek prac nad zjawiskiem prowadzącym do umocnienia stali podczas hartowania (koniec prac początek I wojny światowej). Koniec XIX wieku: wynalezienie dokładnej metody pomiaru temperatury za pomocą termopary (Le Chatelier), co pozwoliło na wyznaczanie wykresów równowagi fazowej, przy zastosowaniu termodynamicznych zasad opracowanych przez Gibbsa. Wykresy ilustrują skład fazowy (strukturę) stopów w funkcji składu chemicznego i temperatury. Wykresy mają do dziś podstawowe znaczenie przy projektowaniu stopów. 6

Początek XX wieku: wykształcenie się nowej dyscypliny nazwanej metaloznawstwem, której częścią składową jest metalografia. Metaloznawstwo zajmuje się badaniem budowy fazowej materiałów metalowych oraz zachodzących w niej przemian z punktu widzenia mikrostruktury, oraz jej relacji z technologią i właściwościami, głównie mechanicznymi. Początek XX wieku: odkrycie przez von Lauego dyfrakcji promieni X na sieci krystalicznej i stwierdzenie za ich pomocą przez Braggów, że metale mają strukturę krystaliczną. Włączenie krystalografii w obszar zainteresowania metaloznawstwa, co otworzyło możliwość zmiany skali rozpatrywania struktury metali. Lata 20. XX wieku: stworzenie podstaw elektronowej teorii metali, wiążącej podstawowe właściwości ciał stałych z zachowaniem elektronów oraz podstaw teorii defektów budowy krystalicznej. Początek stosowania strukturalnego podejścia do materiałów innych niż metale. 7

Lata 40. XX wieku: wyodrębnienie nowej dyscypliny fizyki metali, a następnie przekształcenie jej w fizykę ciała stałego w wyniku zainteresowania innymi materiałami, głównie półprzewodnikami. Połowa XX wieku: zastosowanie mikroskopu elektronowego, o większej zdolności rozdzielczej niż mikroskop świetlny, do badań struktury materiałów. Możliwości równoległej analizy chemicznej w mikroskali oraz identyfikacji faz. Początek lat 60. XX wieku: umocnienie świadomości, że w odniesieniu do różnych klas materiałów stosuje się to samo podejście oraz dla ich badania wykorzystuje się te same metody doświadczalne, co doprowadziło do wyłonienia nauki o materiałach oraz inżynierii materiałowej, które włączyły w swoje ramy następujące dziedziny: metaloznawstwo, ceramikę, fizykochemię polimerów, fizykę ciała stałego, krystalografię, chemię fizyczną oraz elementy dyscyplin inżynierskich związanych bezpośrednio z materiałami. 8

2. KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW Przykładowe kryteria: Skład chemiczny Struktura Zastosowanie Proces wytwarzania 9

METALE Klasyfikacja materiałów wg składu Zwykle ciała stałe w t. pokojowej Świeżo odsłonięta powierzchnia jest błyszcząca Zwykle plastyczne Dobrze przewodzą elektryczność i ciepło Nieprzezroczyste Tworzą stopy (stop tworzywo składające się z metalu stanowiącego osnowę, do którego wprowadzono co najmniej jeden pierwiastek (metal lub niemetal) w celu zmiany jego właściwości w żądanym kierunku) NIEMETALE Ciała stałe, ciekłe i gazowe w t. pokojowej Świeżo odsłonięta powierzchnia jest zwykle matowa Kruche Izolatory Przezroczyste i nieprzezroczyste Tworzą związki chemiczne 10

Klasyfikacja materiałów wg struktury CIAŁA KRYSTALICZNE Układ atomów/cząstek (a/cz) w przestrzeni jest statystyczne uporządkowany, symetryczny. Położenie a/cz wyznacza się za pomocą metod rentgenowskich. Położenie a/cz odwzorowuje model geometryczny sieć przestrzenna. CIAŁA BEZPOSTACIOWE (AMORFICZNE) Układ atomów w przestrzeni jest nieuporządkowany, chaotyczny. 11

Klasyfikacja materiałów wg zastosowania MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE służą do budowy maszyn, konstrukcji i urządzeń MATERIAŁY NARZĘDZIOWE służą do wytwarzania narzędzi MATERIAŁY FUNKCJONALNE przeznaczone do wyrobu przedmiotów o specjalnych właściwościach (biomedycznych, magnetycznych, elektrycznych) 12

Klasyfikacja materiałów wg wytwarzania MATERIAŁY INŻYNIERSKIE Nie występują w przyrodzie i wymagają zastosowania złożonych procesów wytwórczych w celu ich przystosowania do potrzeb technicznych: 1. Materiały metalowe 2. Polimery (tworzywa sztuczne) 3. Materiały ceramiczne 4. Materiały kompozytowe (kompozyty) MATERIAŁY NATURALNE Występują w przyrodzie i wymagają niewielkiej obróbki, związanej z wytworzeniem wyrobów 13

Charakterystyka materiałów metalowych Otrzymywanie z rud procesami metalurgii Kształtowanie wyrobów metalowych: odlewanie, obróbka plastyczna, obróbka skrawaniem, metalurgia proszków Kształtowanie właściwości: obróbka cieplna Uszlachetnianie powierzchni: inżynieria powierzchni (warstwy wierzchniej) Właściwości: zwykle ciała stałe w temperaturze pokojowej, świeżo odsłonięta powierzchnia błyszczy, zwykle plastyczne, dobrze przewodzą elektryczność i ciepło, nieprzezroczyste, tworzą stopy (stop tworzywo składające się z metalu stanowiącego osnowę, do którego wprowadzono co najmniej jeden pierwiastek, metal lub niemetal, w celu zmiany jego właściwości w żądanym kierunku) Podstawowe grupy stopów: stopy żelaza (m.in. stale, staliwa, żeliwa) i stopy metali nieżelaznych (m.in. miedzi, niklu, aluminium, tytanu) 14

Charakterystyka materiałów ceramicznych Materiały uformowane z drobnych nieorganicznych ziaren Wytwarzane zwykle w nieodwracalnych wysokotemperaturowych procesach Główne grupy: ceramika inżynierska i ceramika tradycyjna Właściwości: wysoka temperatura topnienia, niski ciężar właściwy, wysoka twardość, wysoka wytrzymałość na ściskanie, niska wytrzymałość na rozciąganie, duża kruchość, niska rozszerzalność cieplna, niska przewodność cieplna i elektryczna, dobra odporność na korozję 15

Charakterystyka polimerów Materiały organiczne zbudowane głównie z atomów węgla, wodoru, tlenu Zbudowane z makrocząsteczek zawierających wielką ilość małych elementów (monomerów) Tworzywa sztuczne: polimery z dodatkiem barwników, pigmentów, katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy, antyutleniaczy Właściwości: niska gęstość, niskie przewodnictwo ciepła i elektryczności, niska wytrzymałość, nieodporne na działanie podwyższonej temperatury, dobra odporność na korozję, mała stabilność wymiarowa, ograniczona możliwość poddawania obróbce cieplnej i plastycznej Podstawowe grupy polimerów: plastomery polimery o wydłużeniu przy rozerwaniu do 200%, elastomery polimery o skłonności do dużych odkształceń sprężystych 16

Charakterystyka kompozytów Materiały złożone z osnowy i wzmocnienia Podział ze względu na osnowę: metalowe, ceramiczne i polimerowe Wzmocnienie (zbrojenie): proszek, krótkie włókna lub płatki, długie włókna Wg.: L.A. Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo WNT, Gliwice Warszawa 2002 17

3. PROGNOZY ROZWOJU MATERIAŁÓW Rozwój materiałów inżynierskich wiąże się z epokami, w których żył człowiek. Nazwy pochodzą od używanych wtedy materiałów: kamienia, brązu, żelaza. Dzisiejsze czasy to epoka nie jednego materiału, ale szybkiego rozwoju materiałów o różnorodnych właściwościach. Rozwój materiałów inżynierskich. PEpolietylen; PPP-polipropylenCpoliwęglan; PS-polistyren;; PMMApolimetakrylan metylu (szkło organiczne); GFRC-polimery z włóknami szklanymi; CFRC-polimery z włóknami węglowymi; AFRCpolimery z włóknami aramidowymi. Według L.A. Dobrzański i in.: Metalowe materiały inżynierskie. WNT, Warszawa 2004 18

Materiały to ważny element ekonomiki. Około 10% energii zużywanej w krajach rozwiniętych związane jest obecnie z wytwarzaniem i przeróbką materiałów, a przemysł zaawansowanych materiałów stanowi podstawowy element zapewniający ekonomiczny wzrost głównych gałęzi gospodarki. Przyczyna: powstanie nowego materiału prowadzi do pojawienia się na rynku nowych produktów o wartości wielokrotnie przekraczającej wartość zużytych materiałów. Duża waga systemu obiegu (recyclingu): surowce pierwotne (np. pozyskane w górnictwie) podlegają złożonej przeróbce zanim staną się półproduktem, a następnie wykonaną z niego częścią konstrukcji. W końcowym etapie zużyte materiały wracają do ziemi jako odpad lub ponownie trafiają do obiegu w postaci surowców wtórnych lub złomu. Obecny nacisk na problemy ekologiczne powoduje niejednokrotnie konieczność stosowania w pierwszej kolejności materiałów łatwych do ponownego przetworzenia. 19